收割机脱粒滚筒负荷多目标优化模型研究——基于排队网络和遗传算法

为了提高收割机脱粒滚筒的自动化排障水平,实现收割机滚筒的自动化监测功能,提出了脱粒滚筒负荷监控系统的设计方案,实现了脱粒滚筒堵塞故障的预警、报警及自动防堵功能。该系统使用传感器对凹板压力、传动链张紧力和滚筒转速进行检测,并使用上位机对监测的信息进行数据处理,利用排队网络和多目标遗传算法对负荷参数进行优化,将优化后的负荷作为调整参数输出到控制器,调整脱粒间隙的大小,实现脱粒滚筒的智能化排堵,从而实现不停机排障,提高了联合收割机作业质量和工作效率。由滚筒的脱净率实验发现:脱净率最高的是排队网络遗传多目标优化算法。由此验证了所设计的脱粒滚筒负荷优化控制模型的可靠性。     

多滚筒脱粒分离装置试验台

为研究多滚筒脱粒分离装置的脱粒分离性能,设计了多滚筒脱粒分离试验台.该试验台采用模块化结构,可组合成多种形式的脱粒分离装置,同时以工控机和信号采集卡为控制系统核心,用VC++编写测控软件对工作部件的转速、扭矩、功率等参数进行实时采集、显示、处理和分析,获得在不同工况下的脱粒分离性能指标.在多滚筒脱粒分离试验台上对横轴流三滚筒脱粒分离装置进行了试验.该试验台能模拟和再现多滚筒脱粒分离的全过程.     

轴流式玉米柔性脱粒装置设计与试验

针对现有玉米籽粒收获装置对黄淮海夏玉米脱粒时存在籽粒损伤大,未脱净率高等问题,设计了一种轴流式玉米锥形脱粒滚筒,采用“柔性钉齿-短纹杆”组合式脱粒元件,实现籽粒低损高效收获。通过对锥形滚筒及关键部件结构的理论分析,确定了脱粒滚筒的关键参数;利用搭建的脱粒试验装置进行单因素试验,得到滚筒转速、脱粒元件间距及脱粒间隙对脱粒性能的影响关系。在此基础上,以滚筒转速、脱粒元件间距和脱粒间隙为试验因素,对破碎率和未脱净率进行三因素三水平二次回归正交试验,结果表明:滚筒转速、脱粒元件间距、脱粒间隙对破碎率与未脱净率均有显著影响;最优参数组合为滚筒转速425r/min、脱粒元件间距90mm、脱粒间隙45mm,对应的破碎率为5.72%、未脱净率为0.83%,达到国家相关标准要求。该研究可为黄淮海地区玉米脱粒滚筒的研发提供参考。     

小型割前脱粒收获机双滚筒恒速控制研究

对一种小型割前脱粒收获机双滚筒恒速控制问题进行了研究。建立了行走速度与滚筒角速度的数学模型,确定了在作物密度不可控的情况下,可以通过控制行走速度来稳定滚筒角速度。进行基本试验得到了收获机在额定工作时的喂入量和滚筒转速范围,以此作为恒速控制的基准值。在实际工作过程中,滚筒转速传感器实时检测滚筒转速反馈给控制器,控制器通过控制步进电机调节变量泵排量来控制收获机减速或加速,从而稳定滚筒转速。试验结果表明:该控制系统提高了割前脱粒收割机双滚筒工作转速的稳定性,减轻了操作者的劳动强度。     

横轴流式玉米柔性脱粒装置设计与试验

针对黄淮海地区玉米籽粒直收过程中籽粒破碎率和未脱净率高的问题,结合现有玉米脱粒滚筒的结构特点,设计了横轴流式玉米柔性脱粒装置。该装置内置柔性脱粒滚筒,脱粒元件采用柔性钉齿和弹性短纹杆组合结构,实现了玉米果穗的柔性低损伤脱粒。研究了滚筒关键设计参数对脱粒性能的影响,建立了该脱粒滚筒关键结构参数的设计方法;利用ADAMS软件进行了动平衡模拟仿真,开展脱粒系统的动平衡试验,保证了整机工作的可靠性;选取滚筒转速、脱粒间隙和喂入量作为试验因素进行了室内台架正交试验,确定较优参数组合:喂入量为8 kg/s,滚筒转速为450 r/min,凹板间隙为40 mm。在该条件下,玉米果穗的籽粒破碎率为0. 65%,未脱净率为0. 59%,符合国家相关标准要求。     

切纵流联合收获机脱粒分离装置田间试验与参数优化

为了研究切纵流联合收获机脱粒分离装置的最佳结构参数和运动参数,对履带式切纵流联合收获田间试验机进行结构改进、载荷测试系统的构建和水稻田间试验,研究切流滚筒、纵轴流滚筒间隙和切流滚筒、纵轴流滚筒转速对脱粒总功耗、切流滚筒功耗、纵轴流滚筒功耗和夹带损失率等性能的影响。并对总功耗和夹带损失率的数据进行二次多项式回归分析和复合型优化分析得到最佳参数配置:切流滚筒间隙为30.99 mm,纵轴流滚筒间隙为14mm,切流滚筒和纵轴流滚筒转速为892.95、848.95 r/min。试验表明,该参数组合下,脱粒总功耗39.03 k W,切流滚筒功耗11.72 k W,纵轴流滚筒功耗27.31 k W,夹带损失率0.50%。对切流滚筒和纵轴流滚筒下方脱出混合物分布进行了研究,为清选装置的设计与优化提供了依据。     

双滚筒式玉米种子脱粒装置设计与试验

针对玉米种子脱粒过程中含杂率及破碎率高等问题,采用冲击原理,设计了一种双滚筒式玉米脱粒装置。把该装置安装在玉米籽粒收获机上进行试验,选取机组前进速度、第二脱粒滚筒转速和脱粒间隙为试验因素,以玉米籽粒破碎率、含杂率为试验指标进行三因素二次正交旋转组合试验。运用DPS数据处理软件进行回归方程显著性分析可得,影响玉米籽粒含杂率、破碎率的试验因素主次顺序均为:脱粒滚筒转速、机组前进速度、脱粒间隙。试验表明:该装置满足玉米脱粒装置的要求,可为玉米种子脱粒装置的研究提供参考。     

切-双纵流脱分装置试验研究与分析

阐述了切-双纵轴流脱粒分离装置的结构组成及工作原理,基于切-双纵流联合收获机,以喂入量、切流滚筒间隙及滚筒转速为影响因子,脱粒破碎率及脱粒损失率为指标,进行田间性能试验,并利用极差分析分别对破碎率、脱粒损失率单影响因子进行分析。结果表明:对脱粒破碎率影响的主次因素为BCA,即切流滚筒转速纵轴流滚筒转速喂入量,最佳组合为切流滚筒间隙25/30mm、滚筒转速907/1 043r/min、喂入量10.2 kg/s;对脱粒损失率影响的主次因素为BAC,即切流滚筒间隙喂入量滚筒转速,最佳组合为切流滚筒间隙25/30mm、喂入量10.2kg/s、滚筒转速953/1 096r/min。     

喂入辊轴流滚筒组合式大豆种子脱粒机设计与试验

针对大豆种子机械脱粒损伤率高与脱净率低等问题,提出了对辊喂入预脱、轴流滚筒抓脱的组合式脱粒方案,进行了滚筒脱粒元件、喂入装置和传动系统等装置和部件的结构设计并设计了脱粒样机。滚筒脱粒元件由螺旋排列的钉齿、弓齿、板齿组成,与凹板筛构成组合式脱粒装置;喂入装置主要由双喂入辊组成;气力清选装置主要由振动筛和风机组成。以"辽豆10"为试验对象,通过正交试验分析,以下喂入辊转速、脱粒滚筒转速和凹板间隙为试验因素,脱净率和损伤率为试验指标,进行了优化试验研究。结果表明:下喂入辊转速为222 r/min、滚筒转速为500 r/min、脱粒间隙40 mm时,大豆脱粒综合指标最优,脱净率为98.4%,大豆损伤率为1.4%。     

纵轴流辊式组合玉米柔性脱粒分离装置设计与试验

为满足黄淮海地区较高含水率玉米籽粒直收作业要求，解决现有籽粒收获机籽粒破碎率和未脱净率高、玉米芯轴苞叶易堵塞凹板等问题，在分析现有脱粒装置结构特点的基础上，设计了一种“柔性钉齿+双扭簧压力短纹杆”组合式脱粒元件和“六棱孔网格筛+鱼鳞式脱粒橡胶辊”组合式脱粒凹板相配合的柔性脱粒分离装置。对关键部件进行理论分析，确定了影响脱粒性能的主要因素，利用搭建的纵轴流辊式组合玉米柔性脱粒试验台进行单因素试验，得到脱粒性能较好时滚筒转速、辊筒传动比以及脱粒间隙的变化范围。以滚筒转速、辊筒传动比和脱粒间隙为试验因素，以籽粒破碎率、未脱净率为指标进行三因素三水平正交试验。结果表明，对籽粒破碎率和未脱净率影响由大到小均为滚筒转速、辊筒传动比、脱粒间隙；最优参数组合为滚筒转速475r/min、辊筒传动比1.5、脱粒间隙45mm，此时籽粒破碎率为3.76%，未脱净率为0.52%。对该组合进行试验验证，各指标符合国家相关标准要求。     

5TYS280玉米脱粒清选试验台的设计研究

我国夏播玉米主要集中在黄淮海地区,其生长期短、收获时籽粒含水率高,直接脱粒收获易造成籽粒破碎,脱净率与籽粒破碎率和含杂率之间的矛盾,作业质量较难保证。目前,针对高含水率玉米脱粒清选装置的系统理论与试验研究均较少,因此设计开发了一种玉米脱粒清选试验台。其主要由机架、脱粒分离装置、清选装置、输送装置、电机控制及转速数据采集系统等部件组成。以籽粒破碎率和含杂率为评价指标,通过调整滚筒转速、滚筒倾角、凹板间隙、筛网倾角、曲轴转速及风机转速等关键因素水平,进行单因素多水平试验及多因素多水平正交试验,确定高含水率玉米脱粒清选装置的最佳参数组合,为玉米籽粒收获机脱粒清选部件设计、改进及参数选择提供依据。     

自控玉米收获机控制算法协同分析

以玉米收获机控制算法为研究对象,对玉米收获机作业过程进行分析,建立收获机行进速度和脱粒滚筒转速之间的控制模型,研究喂入量与玉米收获损失率之间的关系。基于协同分析的方式,利用MatLab模糊控制推理模型搭建玉米收获机行进速度、拨禾切断装置转速、输送装置转速以及脱粒滚筒装置转速之间的相互影响关系。实验数据表明:各装置转速随着喂入量的变化而变化,拨禾切断装置和输送装置的转速变化时机与喂入量变化时机基本相同,脱粒滚筒转速变化存在相对延迟。     

4LZ-1.0小型收割机设计及脱粒分离装置优化

为了适应西南丘陵山区的作业环境,改善脱粒分离损失较大、含杂较高且容易堵塞的问题,提高水稻机械化收获水平,设计了可满足1.0喂入量的小型联合收割机。通过对比试验分析双切流脱粒分离装置脱粒清选性能,对脱粒滚筒不同钉齿布置形式、滚筒线速度进行了优选。试验结果表明:双切流小型联合收割机收获水稻的最佳组合方式为:第1滚筒采用弓齿结构、滚筒线速度为19m/s,第2滚筒采用钉齿结构、滚筒线速度为20m/s时,脱粒分离效果较好。优化后的4LZ-1.0小型收割机在水稻收割试验时,含杂率为1.28%,损失率为1.6%,破碎率为0.17%,生产率为0.12hm2/h,满足设计要求。     

伸缩杆齿式荞麦脱粒装置研制与参数优化

针对荞麦机械化收获破碎率高、含杂率大、容易发生“绕辫子”而堵塞脱粒滚筒等问题,研制了一种伸缩杆齿式脱粒装置,利用纹杆滚筒和栅格凹板对作物的揉搓、梳刷作用实现脱粒,而与纹杆滚筒相配合的伸缩式杆齿,能够很好地将作物进行翻腾、向后推送,避免了秸秆缠绕,提高了脱粒效果。将该脱粒装置安装于荞麦脱粒性能试验台,选取滚筒转速、脱粒间隙和喂入量作为试验因素建立了3因素正交试验,通过极差分析得到最佳工作参数组合为滚筒转速350 r/min、脱粒间隙10 mm、喂入量1.0 kg/s,该条件下,籽粒破碎率为3.42%、籽粒损失率为0.14%,满足荞麦机械化收获指标,为伸缩杆齿式脱粒装置的应用和荞麦联合收获机的研发提供理论依据。      

收割机脱粒装置模块化设计——基于经验预测和德尔菲法

介绍了经验预测和德尔菲法的理论知识,采用经验预测和德尔菲法相结合的方式对收割机脱粒装置模块化设计进行分析和研判,并搭建了收割机脱粒装置专家经验库,实现了收割机脱粒装置的模块化设计。设计实例实验表明：设计的收割机脱粒装置结构合理,方便生产制造,达到了预期的功能,验证了该方法的可行性。     

联合收获机脱粒滚筒角速度控制优化设计——基于小波神经网络

脱粒滚筒是联合收获机的核心部件,其性能决定了联合收获机的工作质量和生产效率。由于不同地块和不同作物的湿度、密度不同,联合收获机的行走速度和喂入量也不同,因此脱粒滚筒的转速也应做出适当的调整,使滚筒的线速度保持在一个有较好脱粒效果的状态。为此,提出了一种新的双滚筒脱粒滚筒结构,该结构利用传感器采集滚筒信息,形成了滚筒转速的闭环反馈调节机制,并采用小波神经网络算法对转速的精度进行调节,提高了脱粒滚筒的作业精度。最后,对基于小波神经网络算法的双滚筒脱粒滚筒的性能进行了实验测试和仿真模拟,测试和仿真模拟得到的籽粒破碎率基本吻合,验证了实验的可靠性。对滚筒的脱净率进行了进一步的实验测试发现,利用神经网络算法和小波神经网络算法的脱粒滚筒脱净率都比较高,且小波算法要比单纯使用设计网络算法脱净率高。     

油葵联合收获机脱粒装置设计与试验研究

为提高油葵联合收获机脱粒装置的分离率,降低破损率,基于油葵种植物理特性,运用Solidworks软件进行油葵脱粒装置物理样机的设计。制作四种分离滚筒,并确保其结构形式、结构参数、作业参数和性能质量。以分离滚筒转速、喂入量和滚筒型式为影响因素,以分离率、破损率为试验指标进行油葵脱粒正交试验。试验表明:影响分离率和破损率的主次因素为滚筒形式、滚筒转速、喂入量,分离率的较优组合为纹杆式滚筒、滚筒转速为430 r/min、喂入量为2.45 kg/s,破损率的较优组合为弓齿式滚筒、滚筒转速280 r/min、喂入量为2.45 kg/s。     

玉米联合收获机纵轴流脱粒分离装置的设计

阐述玉米联合收获机纵轴流脱粒分离装置的结构设计和工作原理,详细介绍滚筒、凹板、脱粒间隙调节机构的设计思路。田间测试表结果表明,在滚筒工作长度2 100 mm、倾角12°、脱粒间隙40 mm、滚筒转速300 r/min的条件下,该脱粒装置的性能优越。     

异速双轴流脱粒装置的研制

全喂入联合收割机的高损失率、高含杂率和高破碎率一直是我国全喂入联合收割机发展的瓶颈.为此,从研发一种全新的异速双轴流脱粒装置着手,将前脱粒滚筒的转速设计为786r/min,后脱粒滚筒的转速设计为1001r/min;作物先喂入转速较低的前脱粒滚筒,使易脱粒的谷粒脱粒下来;然后将尚未脱净的茎秆投入后脱粒滚筒,使剩余的较不易脱粒的谷粒在较高转速和更强力的打击下脱离出来;再辅以脱粒室端盖及凹板筛、振动筛的优化设计,为联合收割机提供一种脱净率高而破壳率低的高效谷物脱粒装置.     

伸缩杆齿式荞麦脱粒装置研制与三因素正交试验分析

针对荞麦机械化收获破碎率高、含杂率大、容易发生“绕辫子”而堵塞脱粒滚筒等问题，研制一种伸缩杆齿式脱粒装置，利用纹杆滚筒和栅格凹板对作物的揉搓、梳刷作用实现脱粒，而与纹杆滚筒相配合的伸缩式杆齿，能够很好地将作物进行翻腾、向后推送，避免了秸秆缠绕，提高了脱粒效果。将该脱粒装置安装于荞麦脱粒性能试验台，选取滚筒转速、脱粒间隙和喂入量作为试验因素建立了三因素正交试验，通过极差分析得到最佳工作参数组合为滚筒转速350r/min，脱粒间隙10mm，喂入量1.0kg/s，该条件下，籽粒破碎率为3.42%，籽粒损失率为0.14%，满足荞麦机械化收获指标，为伸缩杆齿式脱粒装置的应用和荞麦联合收获机的研发提供理论依据。